[发明专利]一种电解铝负荷参与一次调频的控制方法及系统

说明书

本公开提供了一种电解铝负荷参与一次调频的控制方法及系统，第一层控制，被配置为：根据当前电解铝厂的总可用容量得到所需承担备用容量值，以控制成本最小为目标进行备用容量优化，得到系列电流下限值；第二层控制，被配置为：按照电解系列的频率偏差量下调系列电流参考值，判断系列电流参考值是否低于系列电流下限值，如是则使得系列电流参考值等于系列电流下限值，并停止下调系列电流参考值；否则，继续进行系列电流参考值的下调控制；上层控制以控制成本最小为目标进行优化控制，并将优化结果作为约束施加于下层控制，提高了控制的经济性；下层控制采用分散式控制，通过自饱和电抗器对系列电流进行控制，保证了控制的连续性与快速性。

技术领域

本公开涉及电力系统需求响应技术领域，特别涉及一种电解铝负荷参与一次调频的控制方法及系统。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术，并不必然构成现有技术。

根据GB/T15945-1995规定，电力系统的频率被控制在(50±0.2Hz)范围内的时间应达到98％以上。为达到此标准，调度中心应维持足够数量的备用容量。传统意义上，频率备用由发电侧承担，其中，一次调频备用的响应时间应小于30s。然而，随着持续推进能源供给侧结构性改革，可再生能源(如风电、光伏)的装机并网容量也迅速增加。可再生能源最大的问题是其出力受到气象因素的影响而存在较大的不确定性，并网后对电力系统的频率控制造成了巨大挑战。为减小可再生能源并网造成的冲击，调度中心需要获取更多的备用容量以维持频率在指定范围内。在此背景下，仅从发电侧获取备用资源已经无法满足未来电力系统的运行需求，从负荷侧行需求侧响应成为未来发展的趋势。

电解铝负荷是一种典型的高耗能且具有热惯量特性的负荷。电解过程通常在950～970℃之间的电解系列(由数十或上百个电解槽串联而成)中进行，利用直流电将熔融态氧化铝转化为铝单质。单个电解系列消耗功率往往在几十至数百兆瓦，而整个电解铝厂包括多个电解系列，实时功率可达到1000兆瓦以上。且短时间内断电或降负荷运行，只要维持电解槽内的电解质不凝固，就不会对电解铝产品质量造成破坏。同时，电解铝负荷拥有较好的控制特性，可通过对整流机组的控制实现功率的连续快速控制。因此，电解铝负荷又以其功率集中、热惯性大、控制特性好的特点被认为适合参与电力系统的频率控制。为了充分考虑电解铝负荷的物理特性与经济特性，设计电解铝负荷参与一次调频的控制策略具有重要意义。

本公开发明人发现，目前电解铝负荷参与一次调频的方式存在以下问题：(1)目前对电解铝负荷参与一次调频的控制策略的设计仍处于研究阶段，实际中电解铝负荷的降负荷方式为对电解系列进行关断(一个电解铝厂中包含多个电解系列)，控制粒度较大，不具有连续性；(2)现有的电解铝负荷参与一次调频控制策略的研究中，仅考虑电解铝负荷物理特性而缺乏对其经济特性的考虑，不能在保证控制快速性的同时减少电解铝负荷的控制成本(由于降负荷引起的电解铝厂经济损失)。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本公开提供了一种电解铝负荷参与一次调频的控制方法及系统，分为上下两层控制，上层控制以控制成本最小为目标进行优化控制，并将优化结果作为约束施加于下层控制，提高了控制的经济性；下层控制采用分散式控制，通过自饱和电抗器对系列电流进行控制，保证了控制的连续性与快速性。

为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：

本公开第一方面提供了一种电解铝负荷参与一次调频的控制方法。

一种电解铝负荷参与一次调频的控制方法，进行双层控制：

第一层控制，被配置为：根据当前电解铝厂的总可用容量得到所需承担备用容量值，以控制成本最小为目标进行备用容量优化，得到系列电流下限值；

第二层控制，被配置为：按照电解系列的频率偏差量下调系列电流参考值，判断系列电流参考值是否低于系列电流下限值，如是则使得系列电流参考值等于系列电流下限值，并停止下调系列电流参考值；否则，继续进行系列电流参考值的下调控制。